智能材料.
7、智能材料概论
17
（7）自调节能力（Self-adjusting）
对不断变化的外部环境和条件，能及时 地自动调整自身结构和功能，并相应地改变 自己的状态和行为，从而使材料系统始终以 一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响 应。
18
3、智能材料的构成
12
(1)传感功能（Sensor）
能够感知外界或自身所处的环境条 件，如负载、应力、应变、振动、热、 光、电、磁、化学、核辐射等的强度 及其变化。
13
(2)反馈功能（Feedback）
可通过传感网络，对系统输入与输出信 息进行对比，并将其结果提供给控制系统。
(3)信息识别与积累功能
能够识别传感网络得到的各类信息 并将其积累起来。
31
所以，智能材料在军事应用中具有很 大潜力，它的研究、开发和利用，对未来 武器装备的发展将产生重大影响。
目前，在各种军事领域中，智能材料 的应用主要涉及到以下几个方面：
第七章 智 能 材 料
1
第一节 智能材料基本原理
1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的分类
2
1、什么是智能材料？
智能材料是二十世纪90年代迅速发展 起来的一类新型复合材料。
智能材料目前还没有统一的定义，不 过，现有的智能材料的多种定义仍然是大 同小异。
3
大体来说，智能材料就是指具有感知 环境（包括内环境和外环境）刺激，对之 进行分析、处理、判断，并采取一定的措 施进行适度响应的智能特征的材料。
6
智能材料又可以称为敏感材料，常用 的有以下几种：
Intelligent material、 Intelligent material and structure、 Smart material、 Smart material and structure、 Adaptive material and structure等。
智能材料考试题库及答案
智能材料考试题库及答案一、选择题1. 智能材料的定义是什么？A. 具有自我修复能力的新型材料B. 能够感知环境变化并作出响应的材料C. 传统材料的改良版D. 仅具有记忆功能的金属答案：B2. 下列哪项不是智能材料的主要特性？A. 感知性B. 驱动性C. 稳定性D. 可编程性答案：C3. 形状记忆合金属于哪一类智能材料？A. 电磁响应材料B. 热响应材料C. 光响应材料D. 机械响应材料答案：B二、填空题4. 智能材料中的_______可以用于医疗领域，例如人工骨骼和牙齿。
答案：形状记忆合金5. 压电材料在_______作用下会产生电荷，这种特性被广泛应用于传感器和执行器。
答案：机械应力三、简答题6. 简述智能材料在航空航天领域的应用。
答案：智能材料在航空航天领域的应用包括但不限于：自适应结构的翼面，可以在飞行过程中根据外部环境变化自动调整形状，以提高飞行效率和稳定性；智能蒙皮，能够实时监测结构的健康状况并进行自我修复；以及使用智能材料制造的卫星天线，可以根据信号源的位置自动调整指向。
7. 解释什么是智能材料的自诊断功能，并举例说明。
答案：智能材料的自诊断功能是指材料能够在使用过程中监测自身的状态，发现潜在的损伤或故障，并发出警告。
例如，某些智能复合材料可以在内部结构发生微小裂缝时，通过改变电导率来发出信号，提示维护人员进行检查和维修。
四、论述题8. 论述智能材料在未来建筑领域的潜在应用及其对建筑业的影响。
答案：智能材料在未来建筑领域的应用包括但不限于：自清洁表面，能够通过光催化作用分解表面的污垢；温控材料，能够根据室内外温度变化调节建筑内部的温度；以及自修复混凝土，可以在发生微小裂缝时自动修复，延长建筑的使用寿命。
这些应用将极大提高建筑的能效，降低维护成本，并提升建筑的安全性和耐久性，对建筑业产生深远的影响。
五、计算题9. 假设一种形状记忆合金在20°C时具有初始长度L0，当温度升高到40°C时，其长度变为L1。
智能材料
1).智能材料构成：基体材料，敏感材料，驱动材料和信息处理器。
2）.智能材料特征：1）.传感功能2）.反馈功能3).信息积累和识别功能4）.学习能力和预见性功能5).响应性功能6)自修复功能7).自诊断功能8).自动动态平衡及自适应功能功能。
3).形状记忆效应：某些具有热弹性马氏体相变的合金，处于马氏体状态下进行一定限度的变形或变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时，材料就能完全恢复变形前的形状和体积，这种现象称为形状记忆效应。
4).形状记忆效应分类：①单程记忆效应：将母相在高温下制成某种形状，再将母相冷却，使之发生马氏体相变，在马氏体状态下受力变形，加热时恢复高温相形状，冷却时不恢复低温相形状。
②双程记忆效应:加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形状③全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的高温相形状。
5).形状记忆合金的分类：Ti-Ni系、铜系、铁系合金三大类。
6).形状记忆合金的机理：形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
7).形状记忆合金的制备：1).通常是先制备合金锭，之后进行热轧、模锻、挤压，然后进行冷加工2).为把形状记忆合金用做元件，有必要使它记住给定形状3).形状记忆处理(一定的热处理)是实现合金形状记忆功能方面不可或缺，至关重要的一环。
8）.压电复合材料：是将压电陶瓷相和聚合物相按一定连通方式，一定的体积/重量，及一定的空间分布制作而成，它可以成倍地提高材料的压电性能,不但可以克服上述两种压电材料的缺点，而且还兼具两者的优点。
9).综合性能比较好的压电复合材料主要有:0-3型、1-3型、3-3型复合材料。
0-3型:是由不连续的陶瓷颗粒（0维）分散于三维连通的聚合物基体中形成的。
1-3型:是指由一维连通的压电相平行地排列于三维连通的聚合物中而构成的两相压电复合材料。
3-3型:聚合物相和压电相在三维方向相互交织相互包络而形成的空间网络结构。
智能材料是什么呢
智能材料是什么呢科学家们一直致力于把高技术传感器或敏感元件与传统的结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使它们能随着环境的变化而改变自己的性能或形状，就像具有“智能”一样。
那么什么是智能材料呢?智能材料1.形状记忆合金。
它是一种能够记住自己原来形状的特殊金属材料。
用这种合金制成某种形状的器具后，如受到外力的冲击、弯折等作用而变形，只要对它加热就能立刻恢复原状，好像通过加热使它“记忆”起原来的形状一样。
记忆合金有多种用途，如可以制成人造卫星和宇宙飞船自动展开的天线、航空用的记忆铆钉，飞机和航天器的管接头、机器人的手指、人工心脏、汽车保险杠、眼镜架以及能源转换装置等。
2.感温磁钢。
它是一种磁性随温度的高低而变化的磁性材料。
在室温时，感温磁钢具有磁性;当温度升到某一界限时，就失去磁性。
这种性质可用于“热自动控制”，如电饭堡中“饭熟断电限温器”内就装有一块感温磁钢，当饭熟后堡内无水，温度上升到1030C时，感温磁钢就失去磁性，从而导致通电触点分子自动断电，以保证米饭不会因继续升温而烧糊。
3.智能凝胶。
这是一种由分子组成的松散而又有一定凝固力的混合物，只要碰一下，它就会膨胀或收缩，随人所愿地变成各种形状或形态。
高智能的凝胶甚至能膨胀到自身体积的1000倍以上，然后恢复原状。
用这种凝胶制作高尔夫球鞋，通过足部体温的变化导致鞋底改变形状，可以使穿鞋的人感到舒适合脚。
4.自我修复的混凝土。
美国的一位建筑学家正在研制一种自行愈合的混凝土。
他设想把大量的空心纤维埋人混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维也会裂开，并释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地焊在一起，防止混凝土断裂。
分类(1)嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。
在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。
传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。
(2)有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。
功能材料----智能材料
第三节 无机非金属系智能材料
(四) 生物陶瓷
生物陶瓷中研究的重点是羟基磷灰 石(HAP)材料。它是自然骨和牙中主 要的无机材料组分，具有良好的生物 相容性。由于成型加工性差，目前常 与有机材料制成复合材料，做骨填充 及牙科材料。
27
第六章
第三节 无机非金属系智能材料
二.电流变体
1.定义 电流变液是粒径为微米级的可极化粒 子分散于绝缘油中形成的一种悬浮液。在电场 作用下，由于粒子和绝缘油的介电常数不匹配， 粒子便会发生极化，沿电场方向形成粒子链或 柱，使流体的粘度显著提高，甚至发生液固转 变。这种在电场作用下，流变性能的迅速可逆 变化称为电流变效应。
15
第六章
(3)形状 记忆合金
第一节 智能材料的定义
理想的驱动器，通常以细丝状态用于智能 结构，它主要适用于低能量要求的低频和 高撞击应用。
在电位差作用下，粘度发生显著变化。它 (4) 可以作为空间结构用驱动器，用于结构减 电流变液 振；填充在复合材料的直升机旋翼叶片内 腔中用来控制旋翼刚度，达到减振目的。
第六章
b.对分散相表面改性或添加适当的表面活性剂。 为避免增大体系的导电性，一般使用非离子表 31 面活性剂。
第六章 3.应用
第三节 无机非金属系智能材料
由于电流变材料的快速电场响应性，可以用于振动 控制、自动控制、扭矩传输、冲击控制等方面。
a.用作汽车制造业中的传动装臵和悬挂装臵。用电流 变材料制备的离合器，通过电压控制离合程度，可实 现无级可调，易于用计算机控制。
(3)高分子系智能材料 由于人工合成高分 子材料的品种多，范围广，所形成的智能材 料因此也极其广泛，其中智能凝胶、药物控 制释放体系、压电聚合物、智能膜等是高分 子智能材料的重要体现。 从智能材料的自感知、自判断和自结论、 自执行的角度出发，分为自感知智能材料 (传感器)、自判断智能材料(信息处理器)以 及自执行智能材料(驱动器)。
智能材料
•
智能材料的常见类型
•
压电材料
压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
•
形状记忆合金
形状记忆合金是通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的 由两种以上金属元素所构成的材料。 电流变液 一种由介电微粒与绝缘液体混合而成的复杂流体。在没有外电场时，它的 外观很像机器用的润滑油，一般由基础液、固体粒子和添加剂组成。
压电材料
具有压电性的晶体对称性较低，当受 到外力作用发生形变时，晶胞中正负 离子的相对位移使正负电荷中心不再 重合，导致晶体发生宏观极化，而晶 体表面电荷面密度等于极化强度在表 面法向上的投影，所以压电材料受压 力作用形变时两端面会出现异号电荷。 反之，压电材料在电场中发生极化时， 会因电荷中心的位移导致材料变形。 利用压电材料的这些特性可实现机械 振动和交流电的互相转换。
•
自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的 动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修 复。 现有材料功能单一，无法面对复杂环境的冲击，相信在不久的将 来智能材料会为高科技的发展和提高人类文明进步而提供动力。
•
智能材料
智能材料的定义
智能材料的常见 类型及发展趋势
智能材料的定义
•
智能是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行 的新型功能材料。
•
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的 第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑 未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的 界线逐渐消失，实现结构功应
《智能材料》PPT课件
智能材料在能源转换中作用机制
光热转换智能材料
吸收太阳光并转换为热 能，应用于太阳能热水 器、光热发电等领域。
光电转换智能材料
吸收太阳光并直接转换 为电能，如染料敏化太 阳能电池、有机太阳能 电池等。
压电转换智能材料
将机械能转换为电能， 应用于振动能收集、压 力传感器等领域。
智能材料在能源存储中作用机制
特定应用需求。
关键设备与技术应用
关键设备
智能材料制备过程中涉及的关键设备包括混料机、成型机、固化设备等。这些设备 需要具备高精度、高稳定性和高效率的特点，以确保智能材料的制备质量。
技术应用
在智能材料制备过程中，需要应用先进的制备技术，如纳米技术、3D打印技术等。 这些技术可以提高智能材料的性能，降低制造成本，并为其在各个领域的应用提供 有力支持。
仿生智能材料
柔性智能材料
借鉴自然界生物体的结构和功能，发展具有 生物活性的仿生智能材料，实现更高程度的 智能化。
随着可穿戴设备和柔性电子技术的快速发展， 柔性智能材料将在医疗、运动、娱乐等领域 得到广泛应用。
智能复合材料
智能化制造技术
通过复合不同性质的材料，实现智能材料的 多功能化和高性能化，满足不同领域的需求。
智能材料特性
01
具有感知、驱动和响应外部环境刺激的能力。
在传感器中作用
02
作为敏感元件，将外部环境刺激转换为电信号输出。
典型智能材料
03
压电材料、形状记忆合金、光纤光栅等。
典型案例分析
压电传感器
利用压电材料的压电效应，将机械能转换为电能，广泛应用于力、 压力、加速度等测量领域。
形状记忆合金传感器
利用形状记忆合金的形状记忆效应和超弹性特性，实现温度、力等 参量的测量。
智能材料
应用领域： 航空、航天、原子能工业——结构材料。
智能效应：检测自身的损伤,且可将其抑制,具有自修复功能, 从而确保使用过程中的稳定性。
主要种类： 形状记忆合金、磁致伸缩材料等。
无机非金属系智能材料
最初的考虑：局部吸收外力以防止材料整体破坏。 主要种类： 电(磁)流变液、压电陶瓷、光致变色和电致变色材 料、光纤等。
引言
• 智能材料，是一种能感知外部刺激，能够判断并 适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材 料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材 料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展 的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使 传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐 渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家 预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料 科学发展的重大革命。一般说来，智能材料有七 大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积 累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和 自适应能力。
智能材料的产生 智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中 生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制 造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成 为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能 材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现 有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以 智能材料一般由两种或两种以上的成方法
（1）纤维及颗粒形式的复合 （2）多层薄膜复合 （3）多孔架材料组装 （4）材料内部结构周期的纳米化
（5）粒子复合组装
智能材料的研究方向
智能材料是一种集材料与结构、智然处理、执行系统、 控制系统和传感系统于一体的复杂的材料体系。它的设计 与合成几乎横跨所有的高技术学科领域。构成智然材料的 基本材料组元有压电材料、形状记忆材料、光导纤维、电 （磁）流变液、磁致伸缩材料和智然高分子材料等。智然 材料的出现将使人类文明进入一个新的高度，但目前距离 实用阶段还有一定的距离。今后的研究重点包括以下六个 方面： （1） 智能材料概念设计的仿生学理论研究 （2） 材料智然内禀特性及智商评价体系的研究 （3） 耗散结构理论应用于智能材料的研究 （4） 机敏材料的复合-集成原理及设计理论 （5） 智能结构集成的非线性理论 （6） 仿人智能控制理论
智能材料
包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。
智能材料 如：将光导纤维、形状记忆合金和镓砷化合物半导体 控制电路埋入复合材料中。
光导纤维 半导体控制电路 形状记忆合金
传感元件 (检测结构中的 应变和温度)
控制系统 (根据传感元件的信 息驱动元件动作)
执行元件 (使结构动作 改变性状)
智能材料
识别
分析
常用敏感材料：形状记忆材料、压电材料、光纤 材料、磁致伸缩材料、电致变色 材料、电流变体、磁流变体和液 晶材料等。
(3)驱动材料 因为在一定条件下驱动材料可产生较大的应变和 应力，所以它担负着响应和控制的任务。 常用有效驱动材料：形状记忆材料、压电材料、 电流变体和磁致伸缩材料等。 (4)其它功能材料
（3）座椅
用毫微塑料制作的坐椅不仅功能将大大增加，而且也将增 加舒适程度。
使用毫微塑料能改变椅座面的柔韧性和弹性，也可以形成 各种型式的椅座面。 毫微塑料可以形成所需的任何图案或结构，还能改变座椅 本身的结构。
由于不同年龄段的人对温度舒适性的要求有很大区别，座 椅还可以随心所欲地升温和降温，甚至对人们喜爱的舒适 温度具有记忆功能。
玻璃组分中 加入卤化银 高温熔融冷却
对光散射很小(高透明状态)
析出亚微米尺 度的卤化银 无光照
银离子化合成卤化银
光化学反应
光照(紫外到蓝紫波段)
室温热激活 去除光照 析出游离态银离子 对光散射强(着色状态)
智能材料 光色玻璃的应用：
图18 变色太阳镜 汽车、飞机、船舶的前向玻璃或观察窗玻 璃，起防眩作用等。
智能材料 智能窗的应用：
图20 法拉利首款自动硬顶敞篷车
玻璃车顶采用了利用电场变化来改变颜色的电致变色 技术，可对透过率进行5级调整。
智能材料有哪些
智能材料有哪些智能材料是一种具有响应外部刺激和改变自身特性的材料，它可以根据环境变化或外部信号实现自主感知、自主调控和自我适应的功能。
智能材料的研究和应用领域涉及材料科学、化学工程、生物医学工程、机械工程等多个学科领域。
本文将介绍智能材料的种类、特性及应用领域。
智能材料主要分为以下几类：形状记忆材料、压电材料、磁致伸缩材料、光致变色材料、化学敏感材料等。
形状记忆材料是一种可以在外部作用下恢复原始形状的材料，常见的形状记忆合金有铜锌铝合金和镍钛合金。
压电材料是一种可以在外加电场下产生机械变形的材料，常用于传感器、致动器等领域。
磁致伸缩材料是一种可以在外加磁场下产生机械变形的材料，常用于声音换能器、振动控制等领域。
光致变色材料是一种可以在光照下改变颜色的材料，常用于光学器件、显示器件等领域。
化学敏感材料是一种可以在化学环境变化下产生物理变化的材料，常用于化学传感器、智能包装等领域。
智能材料具有许多优良的特性，如高灵敏度、快速响应、自主调控、多功能集成等。
这些特性使得智能材料在许多领域具有广泛的应用前景。
在生物医学工程领域，智能材料可以用于制备人工肌肉、智能药物释放系统、仿生传感器等医疗器械，为医学诊断和治疗提供新的解决方案。
在机械工程领域，智能材料可以用于制备智能结构材料、智能传感器、智能控制系统等，提高机械设备的性能和智能化程度。
在材料科学领域，智能材料可以用于制备智能纳米材料、智能复合材料、智能表面涂层等，为材料设计和制备提供新的思路和方法。
总之，智能材料是一种具有巨大应用潜力的新型材料，它将在未来的科技发展中发挥重要作用，推动人类社会的进步和发展。
随着科学技术的不断进步，智能材料的研究和应用将会迎来更加广阔的发展空间，为人类社会带来更多的创新和变革。
智能材料
智能材料智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。
智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。
科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。
一般说来，智能材料有七大功能，即传感功能、反馈功能、信息识别与积累功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力和自适应能力。
分类作为一种新型材料，一般认为，智能材料由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成。
这种材料可以自我发现故障，自我修复，并根据实际情况作出优化反应，发挥控制功能。
智能材料可分为两大类：（1）嵌入式智能材料，又称智能材料结构或智能材料系统。
在基体材料中，嵌入具有传感、动作和处理功能的三种原始材料。
传感元件采集和检测外界环境给予的信息，控制处理器指挥和激励驱动元件，执行相应的动作。
（2）有些材料微观结构本身就具有智能功能，能够随着环境和时间的变化改变自己的性能，如自滤玻璃、受辐射时性能自衰减的Inp半导体等。
智能材料的特征因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：（1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。
（2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。
（3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。
（4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。
（5）自诊断能力（Self-diagnosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。
智能材料是什么呢
智能材料是什么呢随着人类科技的不断发展，材料科学也得以迅速发展，其中包括智能材料，是当今科技领域的热门技术之一。
那么，什么是智能材料呢？本文将从智能材料的基本理念、分类、应用等方面进行探讨。
基本理念智能材料是指那些能够根据环境、条件、信号等响应而产生物理、化学等变化，从而使材料具有功能智能化的材料。
可以说智能材料是一种激活型材料，能够根据周围环境的变化对外界作出反应，实现其自身的群体变化。
通俗来讲就是，智能材料具有自感应、自检测、自修复、自适应等特性，能够智能地调整和改变自己的形态、颜色、电性能等。
智能材料的基本理念可以用一个经典的例子来说明：将一块智能材料放入热水中，随着水温的升高，材料自身的红色颜色会发生变化，而在达到某一特定温度时，材料会自动分解释放出某种特定材料或者止痛药，从而达到敏感、自适应、自干预等目的。
分类根据智能材料的功能以及变化规律，智能材料可以分为以下几类：热敏性材料热敏性材料是一种特殊的智能材料，是一种能响应温度变化的智能材料，通常是基于聚合物的复合材料。
这类材料的特点是在响应温度范围内，材料的形态、性能、结构等都会发生变化，并最终达到某种特定的目的。
热敏性材料的应用范围非常广泛，包括温度控制、生物医学等领域。
光敏性材料光敏性材料是一种能够响应光的智能材料，可以根据光的强度、频率等因素进行变化和调控。
光敏性材料的应用领域主要包括光电触发、激光信号转换等方面。
电敏性材料电敏性材料是一种能响应电性信号的智能材料，通常是基于电致变、电流电压、电场等能量形式变化的材料。
电敏性材料的应用主要包括感应、传感、模拟、控制、调制等领域。
磁敏性材料磁敏性材料是一种响应磁场、电场等信号的材料，可以通过磁场控制材料的形态、结构和性质。
磁敏性材料的主要应用领域是电子材料、电子测量等领域。
应用智能材料的应用范围愈发广泛，涉及到许多领域，例如：智能纤维智能纤维是利用智能材料进行纤维加工制作的一种材料，可以应用在医疗、军事和工业领域。
智能材料有哪些
智能材料有哪些智能材料是指通过改变外部环境来改变物质的性能和功能的一类新型材料。
智能材料具有自感知、自适应和自响应的能力，能够根据环境的变化主动调整自身状态，具有广阔的应用前景。
下面将介绍几种常见的智能材料。
1. 形状记忆合金：形状记忆合金是一种特殊的合金材料，具有记忆自身形状的能力。
在受到外力变形后，可以通过升温而恢复原始形状，这种材料在飞机、汽车、医疗器械等领域有广泛的应用。
2. 光敏材料：光敏材料是指对光线具有敏感性的材料。
根据光照的强弱、光的波长等特征，可以改变其电导率、电阻率、折射率等性质。
光敏材料在光电子器件、光通信、传感器等领域有重要应用。
3. 压电材料：压电材料是具有压电效应的材料，即在受到机械应力作用时可以产生电荷和电势的变化。
压电材料能够将机械能转化为电能，具有广泛的应用，如声波发射器、压电陶瓷换能器等。
4. 磁致伸缩材料：磁致伸缩材料是指在磁场作用下会发生线性尺寸变化的材料。
该材料具有较大的磁致伸缩效应，可以用于精密仪器、航空航天等领域中。
5. 阻变材料：阻变材料是一种具有电阻值随温度、电流和电压的改变而变化的特性的材料。
阻变材料经过特定处理后，可以实现电热控制、变阻器件等应用，如电热防雾、抗静电涂层等。
6. 智能涂料：智能涂料是一种能够根据外部环境的变化而改变颜色、光学特性的涂料。
智能涂料广泛应用于建筑物外墙、汽车车身等领域，具有保温、防污、变色等功能。
总结起来，智能材料包括形状记忆合金、光敏材料、压电材料、磁致伸缩材料、阻变材料和智能涂料等。
随着科技的不断发展，智能材料的研究与应用将会越来越广泛，为人类的生活和工作带来更多的便利和创新。
智能材料
制等与材料的有机结合，正因如
此，智能材料也常被称为智能材 料系统.
智能材料系统
一. 形状记忆合金智能材料系统 例子: 利用形状记忆合金对结构件的振动进行主动控振的智能材料系统 • 主动控振: 指当振动发生时, 在系统中主动引入附加的刚度和 阻尼, 从而使振动迅速消失.
2
•
有一板状悬臂梁结构, 在板内布入形状记忆合金丝(其Mf点高于室温)，在布入 记忆合金丝时要预先对记忆合金进行拉伸，使其发生一定的变形. 记忆合金 丝在板内不能自由运动. 记忆合金丝的两端引出并接在电源上, 其结构如图424所示.
++++++ M+Leabharlann 玻璃 透明导电膜 离子注入膜
快离子导体隔 膜 电致变色膜 (α-WO3 或NiO薄膜) 透明导电膜 玻璃
e-
--------
7
•
变色的原理：
– 在外加电压的作用下，由透明导电层提供的电子和自离子注入膜、经离 子导体层、以快离子方式传输的正离子共同注入电致变色层，使其发生 氧化还原的电化学反应而着色. 当施加反向电压时，则产生与上述相反的 电化学过程，即离子和电子从着色的电致变色层内抽出而使其退色． – 以NiO为例， • 着色的电化学反应： Ni1-xO(初始态) + yM+ + y e- → MyNi1-x O(退色态) • 退色的电化学反应: MyNi1-x O(退色态) → My-2Ni1-xO(着色态) + 2M++ 2e-
(2024年)智能材料PPT课件
自组装技术利用分子间的相互作用力，使分子自发地组装成具有特 定结构和功能的智能材料。
仿生制备技术
仿生制备技术借鉴自然界中的生物结构和功能，通过模仿生物的结构 和功能来制备智能材料。
2024/3/26
16
04
CATALOGUE
智能材料在传感器中的应用
2024/3/26
17
应变传感器
应变材料的特性
3
定义与发展历程
2024/3/26
定义
智能材料是一种能够感知、响应 并适应环境变化的功能材料，具 有自感知、自驱动、自适应等特 性。
发展历程
智能材料起源于20世纪80年代， 经历了从单一功能到多功能、从 简单响应到复杂自适应的发展历 程。
4
分类及应用领域
分类
根据功能特性，智能材料可分为传感 型、驱动型、自适应型等类型。
应用领域
微纳机器人、生物医学、光电子学等。
26
06
CATALOGUE
智能材料在能源领域的应用
2024/3/26
27
太阳能电池板材料
2024/3/26
晶体硅材料
具有高转换效率和稳定性，是当前主流太阳能电池板材料 。
薄膜太阳能材料
轻便、柔性好，可应用于可穿戴设备和移动能源领域。
多结太阳能电池材料
利用不同光谱吸收特性，提高太阳能利用率。
2024/3/26
6
02
CATALOGUE
智能材料的特性与功能
2024/3/26
7
感知功能
01
02
03
传感器功能
智能材料能够感知外部环 境的变化，如温度、压力 、湿度等，并将这些变化 转化为可测量的电信号。
2024版材料讲义第八章智能材料ppt课件
研究智能材料在不同环境下的性能表现，包括温度、湿度、光照、 辐射等环境因素的影响。
安全性评估
对智能材料的安全性进行评估，包括生物相容性、电磁辐射安全 性、化学稳定性等方面的考虑。
05
智能材料发展趋势与挑 战
跨学科交叉融合推动发展
材料科学与物理学、化学、生物 学等学科的交叉融合，为智能材 料的发展提供了新的理论基础和
特点
智能材料具有传感、反馈、信息识 别与积累、响应、自诊断、自修复 及自适应等多种功能。
智能材料发展历程
01
02
03
初级阶段
20世纪70年代，智能材料 的概念被提出，并开始进 行相关研究。
发展阶段
80年代至90年代，智能材 料的研究逐渐深入，多种 智能材料被研制出来。
成熟阶段
21世纪以来，智能材料的 应用领域不断扩大，技术 也日益成熟。
智能建筑材料
具有自修复、自适应、节能等功能的智能建筑材料，提高建筑物的 安全性和舒适性。
智能交通材料
应用于智能交通系统的智能材料，如智能交通信号灯、智能车辆识 别系统等，提高交通运行效率和安全性。
THANK YOU
材料讲义第八章智能材料 ppt课件
目录
• 智能材料概述 • 智能材料分类及功能 • 智能材料制备技术 • 智能材料性能表征与评价方法 • 智能材料发展趋势与挑战 • 案例分析：典型智能材料应用实例
01
智能材料概述
智能材料定义与特点
定义
智能材料是一种能感知外部刺激， 按照预设方式选择和控制自身响应， 并具有自诊断、自适应、自修复等 功能的新型材料。
技术手段。
纳米技术、生物技术、信息技术 等高新技术在智能材料领域的广 泛应用，推动了智能材料的性能
智能材料的名词解释
智能材料的名词解释智能材料是指那些具有感知、反应和响应环境变化的特性的材料。
这些材料能够根据外界的条件改变自身的属性和功能，从而实现一系列智能化的应用。
智能材料广泛应用于科学、工程和技术领域，其独特的特性为人们带来了许多令人惊叹的新技术和创新。
智能材料可分为多种类别，其中最常见的是形状记忆合金（SMA）。
形状记忆合金是一种可以在充电或加热后改变形状的材料。
这是由于该材料在不同温度下的结构状态会发生变化，使其能够持续改变形态。
形状记忆合金的应用非常广泛，如在医疗领域中，可以用于制作支架和植入装置，使其能够自主调节形态以适应人体的需求。
除了形状记忆合金外，还有一种智能材料被称为压电材料。
压电材料具有一种特殊的性质，即在施加外力或电场时可以产生电荷。
这种效应使得压电材料可以被用于传感器、执行器和声波谐振器等领域。
例如，压电陶瓷在声波领域得到了广泛应用，用于制造音频设备和超声波传感器等。
另一种智能材料是电致变色材料。
这种材料具有能够改变颜色的能力，当受到电压或压力刺激时，其颜色会发生变化。
电致变色材料广泛应用于显示技术领域，如智能窗户和电子墨水显示屏等。
这些应用利用了电致变色材料能够快速响应变化，并自动调节颜色以适应不同环境的特性。
此外，磁致变形材料也是一种常见的智能材料。
磁致变形材料具有特殊的磁性能，当受到磁场激励时，其形状和尺寸会发生变化。
这种效应使得磁致变形材料可以被应用于执行器、传感器和机械驱动器等领域。
例如，在航空航天领域，磁致变形材料可以用于制造自适应结构，使飞机的外形能够根据飞行条件进行调整，提高飞行效率和稳定性。
除了上述几种常见的智能材料外，还有一些其他种类的智能材料，如光敏材料、温敏材料和湿敏材料等。
每种材料都具有独特的特性和应用领域，它们共同构成了智能材料的多样性和广泛应用的基础。
总结起来，智能材料是具有感知、反应和响应环境变化的特性的材料。
不同种类的智能材料能够通过不同的刺激产生相应的反应，从而实现各种智能化的应用。
智能材料有哪些
智能材料有哪些
智能材料是指能够感知外界环境并做出相应响应的材料，它们具有自我适应、自我修复、自我诊断等特性。
智能材料的发展在各个领域都有着广泛的应用，包括航空航天、医疗保健、建筑工程、电子设备等。
那么，智能材料有哪些呢？
首先，智能材料中的一种常见类型是压电材料。
压电材料是指在受到外力作用时能够产生电荷的材料，或者在施加电场时能够发生形变的材料。
这种材料的特性使得它在声波传感器、振动控制、微调器件等领域有着重要的应用。
其次，形状记忆合金也是一种常见的智能材料。
形状记忆合金具有记忆形状的特性，即在经历形变后能够恢复到原始形状。
这种材料在医疗器械、航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用，例如可以用于制造血管支架、飞机起落架等。
另外，磁致伸缩材料也是一种重要的智能材料。
这种材料在外加磁场的作用下能够发生形变，具有良好的磁-机械能转换性能。
磁致伸缩材料在声音控制、精密仪器、电磁传感器等方面有着广泛的应用。
此外，光致变色材料也是一种备受关注的智能材料。
光致变色材料在受到光照后能够改变颜色，具有光学响应特性。
这种材料在光学显示、光学存储、光学传感等领域有着重要的应用，例如可以用于制造可变光学滤波器、光学开关等。
最后，还有许多其他类型的智能材料，如光致变形材料、化学敏感材料、热敏感材料等，它们都具有各自独特的特性和应用领域。
总的来说，智能材料的种类繁多，应用广泛。
随着科学技术的不断发展，相信智能材料将在更多领域发挥重要作用，为人类社会带来更多的便利和创新。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
具体来说，智能材料需具备以下内涵： (1)具有感知功能，能够检测并且可以识别外界 (或者内部)的刺激强度，如电、光、热、应力、应 变、化学、核辐射等； (2)具有驱动功能，能够响应外界变化； (3)能够按照设定的方式选择和控制响应； (4)反应比较灵敏、及时和恰当；
谢谢！
美国科学家最近检验了一种设 想，即利用一种智能合金作为固 定桥梁道路的缆绳，它能在地震 过程中伸长，而在震后重新收紧 并将桥梁道路拉回原来的位置。 这样，高架桥梁道路就有可能避 免在地震中四分五裂。
利用镍钛诺形状记忆合金（SMA）制成 的缆索能够有助于抵御地震或者飓风
三. 智能材料主要种类
1、形状记忆合金； 2 、磁致伸缩材料； 3 、高分子智能材料；
高精度、多种规格、长行程 非接触式测量 模块组装、坚固耐用 敏感元件平均无故障时（MTBF） 长达23年 真正的绝对位置输出、无需重新 标定或定期维修。 适用于高温、高压、高振荡及空间狭小环境 安装方便、快捷，不需定期标定和维护 冶金工业连铸、冷热轧、AGC控制、模件成型等。
３、高分子智能材料
高分子智能材料，人称机敏材料，它是通 过有机和合成的方法，使无生命的有机小分 子材料通过各类反应形成相对分子质量较大 的并且具有了特定“感觉”和“知觉”的新 型材料。
应用
根据产品的特点，可应 用于能源、电力、交通、工 矿等各个领域。由于这种材 料在工艺上有着简便、可靠 等特点，在各个领域中起到 更新换代作用，对传统的工 业产品进行挑战，具有很强 的市场竞争能力。
信息存储材料
定义：信息存储材料是指用于各种存储器的一些能 够用来记录和储存信息的材料。这类材料在一定的 强度的外场（如光、电、磁盘、或热等）作用下发 生从某一种状态到另一种状态的突变，并能将变化 后的状态保持较长的时间。 分类： a. 光存储材料 b. 信息磁存储材料
(5)当外部刺激消除后，能够迅速恢复到原始状
态。
智能材料的构想来源于仿生学，它的目标就是想研制出一 种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材 料。
独角仙的外壳可以随着外界空气变潮湿其外壳的颜色由绿色变成黑色。它所呈 现的外壳结构特征将成为未来一种‘智能材料’的重要特性，科学家可以依据这 种特征研制作为湿度探测器的新型材料，它可用于在食品加工厂监控湿气指数。
1、形状记忆合金
一般金属材料受到外力作用后，首先发生弹性变形，达到 屈服点，就产生塑性变形，应力消除后留下永久变形。 但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的热过程， 能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应（ SME）。
具有形状记忆效应的材料，一般是两种以上金属元素组成的
合金，称为形状记忆合金（SMA）。
（4）响应功能：能够根据外界环境和内部条件变化， 适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。 （5）自诊断能力：能通过分析比较系统目前的状况 与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题 进行自诊断并予以校正。
（6）自修复能力：能通过自繁殖、自生长、原位复 合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。
２、磁致伸缩材料
目前智能材料的主流是稀土磁致伸缩材料，磁致 伸缩材料在电磁场的作用下可以产生微变形或声能， 也可以将微变形或声能转化为电磁能。 磁致伸缩智能材料具有磁致伸缩值大、机械响应 速度快和功率密度高特点，在国防、航空航天和高技 术领域应用极为广泛。
4、磁致伸缩的应用实例： （1）磁致伸缩液位仪 ：
4、智能材料的分类
智能材料是继天然材料、人造材料、精
细材料之后的第四代功能材料。 按智能材料的功能来分，可以分为光导 纤维、形状记忆合金、压电、电流变体和电 （磁）致伸缩材料等。
二. 智能材料的使用领域
1、在军事领域中的应用
2、与现代医学相联系的智能材料
3、主动震动声控
1、在军事领域中的应用
目前，在各种军事领域中，智能材料的应用主要涉及到以 下几个方面： （1）智能蒙皮
光存储材料
感光存储材料 光全息存储材料 光盘存储材料
信息磁存储材料
信息存储材料从50年前到现在一 直以磁记录为主
基于信息存储材料得到新进展
小结
智能材料一般由两种或两种以上的材料复合 构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的 设计，制造，加工和性能结构特征均涉及到了 材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料 科学的最活跃方面和最先进的发展方向。 如果说20世纪的人类社会文明的标志是合成 材料，那么下个世纪将会是智能材料的时代。
智 能 材 料
曹云岳 1411093008
1.智能材料基本原理 2.智能材料使用领域 3.智能材料主要种类 4.小节
一、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能材料基本原理
1、什么是智能材料 2、智能材料的特征 3、智能材料的构成 4、智能材料的分类
1、什么是智能材料？
智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的一 类新型复合材料。
（4）环境自适应结构
智能结构制成的自适应机 翼，能够实时感知外界环境的 变化，并可以驱动机翼弯曲、 扭转，从而改变翼型和攻角， 以获得最佳气动特性，降低机 翼阻力系数，延长机翼的疲劳 寿命。
2、与现代医学相联系的智能材料
（1）人造肌肉
因为生物弹性材料能模拟活 体生物，而且其力量和反应速度 均接近于人体的肌肉。所以这种 材料可以应用于人体组织的修复， 而且它们还具有与生物体的相容 性，随着伤口的愈合，这种聚合 物就会在体内逐渐降解，最后将 会消失。
3、智能材料的构成
一般来说智能材料由基体材料、敏感材
料、驱动材料和信息处理器四部分构成。
（1）基体材料
基体材料担负着承载的作用，一般宜 选用轻质材料。 一般基体材料首选高分子材料，因为 其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非
线性特征。其次也可选用金属材料，以轻
质有色合金为主。
（2）敏感材料
敏感材料担负着传感的任务，其主要作 用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、 电磁场、pH值等）。 常用敏感材料如形状记忆材料、压电材 料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材 料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。
形状记忆合金可以分为三种： （1）单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前 的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程 记忆效应。 （2）双程记忆效应 某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相 形状，称为双程记忆效应。
（３）全程记忆效应 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的 低温相形状，称为全程记忆效应。
美国加州大学洛杉矶分校的研究人员 所制造出的一种人造肌肉
（2）人造皮肤
人造皮肤智能材料，可 以感知温度、热流的变化 以及各种应力的大小，并 且有良好的空间分辨力。 这种智能材料还可以 分辨表面状况，例如，粗 糙度、摩擦力等。
（3）人工关节
（4）人造血管
3、主动震动控制
震动会极大地降低工程系统的性能，采用压电材料、 形状记忆合金或电致流变体的智能结构均可实现振动 的主动控制，提高系统的性能。 在地震多发区应用智能结构的建筑物能通过振动控 制，将大大提高建筑物的抗震性。
2、智能材料的特征
因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功 能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有 或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能：能够感知外界或自身所处的环境 条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、 磁、化学、核辐射等的强度及其变化。 （2）反馈功能：可通过传感网络，对系统输入与 输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。 （3）信息识别与积累功能：能够识别传感网络得 到的各类信息并将其积累起来。
（3）驱动材料
因为在一定条件下，驱动材料可产生较大
的应变和应力，所以它担负着响应和控制的
任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、
压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。
可以看出，这些材料既是驱动材料又是
敏感材料，显然起到了身兼二职的作用，这
也是智能材料设计时可采用的一种思路。
图所示为智能材料的基本构成和工作原理。
智能材料 信息存储 材料
记忆材料
记忆材料
定义： 热收缩材料，又称高分子形状记忆材料，这些 材料如聚乙烯、聚烯氢等材料通常都是线形结构，经过辐射
或化学作用后变成网状结构，就叫做交联，交联后具有“记
忆效应”的原理而制造出来的一类新型高分子功能材料。
性能：这种优异的“记忆”性能，可用于制作热收缩管
材、膜材和异形材，这种热收缩材料的径向收缩率可达 50%~80%。热收缩材料主要特性是加热收缩紧包覆在物体外 表面，能够起到绝缘、防潮、密封、保护和接续等作用。
随着科学技术的迅猛发展， 高新技术在各行业中得到了广泛 的应用，高科技含量的磁致伸缩 液位传感器
应用于各类储罐的液位测量。该种液位仪具有精度 高、环境适应性强、安装方便等特点。因此，广泛 应用于石油、化工等液位测量领域，并逐渐取代了 其它传统的传感器，成为液位测量中的精品。
（2）MTS磁致伸缩位移传感器：
例如光纤作为智能传感元件用于飞机机翼的智能蒙皮中，或者在武器平台的蒙皮 中植入传感元件、驱动元件和微处理控制系统制成的智能蒙皮，可用于预警、隐身 和通信。
（2）结构监测和寿命预测 智能结构可用于实时测量结构内部的应变、温度、裂纹， 探测疲劳和受损伤情况，从而能够对结构进行监测和寿命预 测。
（3）减振降噪 智能结构用于航空、航天系 统可以消除系统的有害振动， 减轻对电子系统的干扰，提高 系统的可靠性。